DE761975C

DE761975C - Verfahren und Einrichtung zur Feststellung von Fehlstellen in festen Werkstuecken mittels Ultraschallwellen

Info

Publication number: DE761975C
Application number: DEL108887D
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl-Ing Goetz; Max Dr-Ing Pfender
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1942-09-02
Filing date: 1942-09-02
Publication date: 1953-09-14

Description

Verfahren und Einrichtung zur Feststellung von Fehlstellen in festen Werkstücken mittels Ultraschallwellen Es ist bereits bekannt, die akustische Werkstoffprüfung in der Weise durchzuführen, daß man auf der einen Seite des Werkstoffes den Schwingungssender und auf der anderen Seite den mit einem Anzeigegerät verbundenen Schwingungsempfänger ansetzt.
Die vom Schwingungssender abgegebenen Schwingungen sind dabei auf eine so hohe Schallfrequenz eingestellt, daß die Schwingungen in dem im Prüfling eingeschlossenen Hohlraum absorbiert werden. Für den Schwingungsaufnehmer ist dann die hinter einer Hohlraumfehlstelle aufgenommene Energie nahezu oder gleich Null; jede andere gesunde Stelle hat dagegen eine gewisse meßbare Größe. Aus der Änderung der empfängerseitig aufgenommenen Energie kann hierbei beim Abtasten des Werkstückes die Lage des Hohlraumes ermittelt werden.
Es sind fernerhin auch Vorrichtungen für die akustische Werkstoffprüfung bekanntgeworden, bei denen an Stelle der beschriebenen Durchstrahlmethode das Reflexionsprinzip benutzt wird. Hierbei ist der Schwingungsaufnebmer auf derselben Seite des Prüflings angeordnet, wo sich der Schu-ingungsgeber befindet.
Bei der Anwendung der akustischen Ä\rkstoffprüfung stößt man jedoch dann auf Schwierigkeiten, wenn die Aufgabe besteht, auch flachgedrückte Ntatenaltrennungen im Innern des Prüflings nachzuweisen Infolge einer oftmals sehr geringen Dicke und infolge örtlich verschweißter oder stellenweise verkleber Trennflächen innerhalb der Dopplung, insbesondere an den Rändern der Fehlerfläche, reicht hier die Unterscheidungsfähigkeit der auf Filterwirkung beruhenden akustischen Durchstrahl- bzw. Reflexionsmethode nicht mehr aus.
Eine Verbesserung läßt sich jedoch erreichen, wenn der Prüfling zu Dickenresonanzschwingungen oder im Fall dünner Werkstücke zu Biegeschwingungen während des Prüfverfahrens angeregt wird. In dem zuletzt genannten Fall wird der Prüfling zu besonders intensiven Schwingungen angeregt, wenn die Spurgeschwindigkeit, das ist die durch den Sinus des Einfallwinkels des Schallstrahles dividierte Schallfortpflanzungsgeschwindigkeit im umgebenden bIedium, mit der Biegewellengeschwindigkeit des Prüfkörpers übereinstimmt. An jenen Stellen, wo Dopplungen vorhanden sind, tritt hierbei eine wesentliche Änderung der Biegewellengeschwindigkeit und damit der Schalldurchlässigkeit auf, weil sich hier das Trägheitsmoment des Prüflings stärker ändert. Zweckmäßigerweise wird man bei einem solchen Verfahren die Biegewellen im Prüfling über ein schubspannungsfreies Nledium anregen.
Bei all diesen Verfahren hat sich jedoch gezeigt, daß in der Fehlerabbildung die Randzone der Einschlüsse, insbesondere die Anfangsgebiete der Dopplungen verwaschen zur Darstellung gelangen, und zwar infolge der sehr flachen Übergänge der Dopplmig mit ihrer vollen Stärke in das volle gesunde Material. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher darin, auch hier für die Randpartien eine bessere Unterscheidungsfähigkeit in der Anzeige bzw Registrierung zu erreichen.
Die Erfindung geht von einem Verfahren bzw. von einer Einrichtung zur Feststellung von Fehlstellen, vorzugsweise von Dopplungen, in festen Werkstücken mittels Ultraschallwellen nach der Durchstrahl- oder Reflexionsmethode, insbesondere mit zu Diclienresonanzschwingungen oder Biegeschwingungen angeregtem Prüfling aus, und besteht darin, daß zum Zweck der Verminderung bzw. Beseitigung der Unsdiärfe des Fehlernachweises an den UTbergangsstellen bzw Randzonen der Fehlstelle für die Ateßanzeige bzw NIeßwertregistrierung die erste örtliche Ableitung oder eine höhere örtliche Ableitung der auf den Äleßsdiallempfänger wirksamen Schallintensität herangezogen wird.
Die Fehlerabbildung als Prüfbeleg stellt an die Nleßeinrichtung besondere Xnforderungen, wenn man als Endziel eine ähnliche, im Äleßstand verkleinerte, aber deutliche und genügend Einzelheiten zeigende bildliche NViedergabe des Prüfbefundes anstrebt. Das erste und lvesentliche Hindernis, das diesem Ziele bisher im Ziege stand, ist die in der hier nicht ausreichenden Auflösungsfähigkeit des Prüfverfahrens begründete primäre Unschärfe des Fehlernachweises. Sie wirkt sich in dem in Fig. I gewählten Beispiel mit der Fehlstelle F in dem Prüfling P schon in einem abgeflachten Verlauf der Schallintensitätskurve (T-Kurve) an Stelle der gestrichelt gezeichneten eckigen und die Fehlergrenze sicher anzeigenden Form aus. Der allmähliche Auslauf der Kurve in den Wert des gesunden Bereiches erschwert zudem die Sicherheit der Fehlerermittlung, weil kleine Zufälligkeiten und Störungen die scheinbare Fehlergrenze um größere und nicht mehr überwachbare Beträge verschieben können.
Dieser grundsätzliche Älangel wird gemildert, wenn nach Fig. 2 in erfindungsgemäßer Weise an Stelle der ursprünglichen Kurve T Ihre erste Ableitung d. h. die Steilheit von T, zur Beurteilung herangezogen wird (s = Prüfstrecke).
Ein noch zutreffenderes und sicheres Bild wurde die zweite örtliche Ableitung der d²T Schallintensität (T) dsY ergeben Um den Betrieb für den Nachweis von solchen Fehlstellen möglichst billig zu gestalten, wird man im vorliegenden Fall für die Fehlerkennzeichnung und Fehlerabbildung das Raster- oder Zeilenverfahren benutzen.
Eine beispielsweise Nusführungsform der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. Der zeilenweise vor einem Ultraschallgeber I vorbeigeführte Prüfling ist hier mit P bezeichnet.
Der vom Geber I ausgehende und den Prüfling P durchstrahlende Schall wird von dem Schallempfänger 2 aufgenommen, dessen Empfangsenergie über einen Verstärker 3 von dem elektrischen Aleßgerät 4 gemessen wird. Das Älefigerät 4 ist beispielsweise ein Drehspulmeßgerät, dessen Zeigerachse mit einer zwischen den Magnetpolen 7V, S drehbaren SIeßspule mechanisch gekoppelt ist. Die in der AIeßspule, erzeugte Spannung wird, gegebenenfalls über einen Verstärker 6 mit dem Voltmeter 7 gemessen. Das Instrument 7 bringt dann die erste Ableitung des vom Meßgerät 4 angezeigten Meßwertes zur Anzeige. An Stelle des Meßgerätes 7 kann natürlich auch ein von den Meßströmen der Spule 5 betriebenes Schreibgerät benutzt werden.

Claims

PATENTANSPR ÜCHE: I. Verfahren zur Feststellung von Fehlstellen, vorzugsweise von Dopplungen, in festen Werkstücken mittels Ultraschallwellen nach der Durchstrahl- oder Reflexionsmethode, insbesondere mit zu Dickenresonanzschwingungen oder Biegeschwingungen angeregtem Prüfling, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zweck der Verminderung bzw. Beseitigung der Unschärfe des Fehlernachweises an den Ubergangsstellen bzw. Randzonen der Fehlstelle für die Meßanzeige bzw. Meßwertregistrierung die erste örtliche Ableitung oder eine höhere örtliche Ableitung der auf den Meßschallempfänger wirksamen Schallintensität herangezogen wird.
2. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß im Ausgang des Schallempfängers ein elektrisches Meßgerät, insbesondere ein Drehspulgerät, angeschlossen ist, mit dem die zwischen den Polen eines Magnetsystems angeordnete Drehspule mechanisch gekuppelt ist, deren induzierte Spannung ein Maß für den Fehlernachweis ist.